Оптический анемометр

 

ОПТИЧЕСКИЙ АНЕМОМЕТР, содержащий оптически согласованные лазер, фокусирующую линзу, первую приемную линзу, электронно-оптический преобразователь с блоком формирования затворных импульсов и горизонтальной развертки и блоком вертикальной развертки, фотозлектронньй умнояитель, подключенный выходом к первому входу блока запуска, второй вход которого подключен к выходу блока вертикальной развертки,а выход - к блоку формирования затворных импульсов и горизонтальной развертки , при этом на выходе электронно-оптического преобразователя установлен фоторегистратор, синхронизирующий вход которого соединен с выходом блока вертикальной развертки, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет измерения двух составляющих вектора скорости и напряжений Рейнольдса, в него введены последовательно расположенные мелзду первой приемноЙГ линзой и электронно-оптическим преобразователем фотокаска с тремя дифракщюнными решетками, расположенными в схдной плоскости под углом одна к другой, вторая приемная линза, три плоскопараллельные пластинки, диафрагма с тремя точечньми отверстиями и третья приемная линза, а также блок преобра л зования временных интервалов в цифровую форму, запоминающее устройство и блок представления результатов,при этом фоторегистратор выполнен в виде системы телевизионного считывания , подключенной выходом через последовательно соединенные блок преобразования временных интервалов О) в цифровую форму и запоминающее 00 00 устройство с блоком представления результатов. о

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

4 (51) У

l Я

И

li (1 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCH0MV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 3620305/18-10 (22) 12.07.83 (46) 23.05.85. Бюл. N 19 (72) Г.И. Апонин, А.А. Бесшапошников и О.Б. Брагина (53) 532.575 (088.8) (56) 1, Авторское свидетельство СССР

У 701259, кл. G 01 Р 3/36, 1980 (прототип). (54) (57) ОПТИЧЕСКИЙ АНЕМОМЕТР, со держащий оптически согласованные лазер, фокусирующую линзу, первую приемную линзу, электронно-оптический преобразователь с блоком формирования затворных импульсов и горизонтальной развертки и блоком вертикальной развертки, фотоэлектронный умножитель, подключенный выходом к первому входу блока запуска, второй вход которого подключен к выходу блока вертикальной развертки,а выход — к блоку формирования затворных импульсов и горизонтальной развертки, при этом на выходе электронно-оптического преобразователя установлен фоторегистратор, син хронизирующнй вход которого соеди„„SU,„,1186 нен с выходом блока вертикальной развертки, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет измерения двух составляющих вектора скорости и напряжений Рейнольдса, в него введены последовательно расположенные между первой приемной линзой и электронно-оптическим преобразователем фотомаска с тремя днфракциониыми решетками, расположенными в одной плоскости под углом одна к другой, вторая приемная линза, три плоскопараллельные пластинки, диафрагма с тремя точечньии отверстиями и третья приемная линза, а также блок преобразования временных интервалов в цифровую форму, запоминающее устройство и блок представления результатов,при этом фоторегнстратор выполнен,в виде системы телевизионного считывания, подключенной выходом через последовательно соединенные блок преобразования временных интервалов в цифровую форму и запоминающее устройство с блоком представления результатов.

1 1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при измерении двух ортогональных составляющих скоростей и напряжений Рейнольдса в различных потоках, Известен оптический анемометр, содержащий оптически согласованные лазер, фокусирующую линзу, первую приемную линзу, электронно-оптический преобразователь с блоком формирования затворных импульсов и горизонтальной развертки и блоком вертикальной развертки, фотоэлектронный умножитель, подключенный выходом к первому входу блока запуска, второй вход которого подключен к выходу блока вертикальной pasвертки, а выход — к блоку формирования затворных импульсов и горизонтальной развертки, при этом на выходе электронно-оптического преобразователя установлен фоторегистратор, синхронизирующий вход которого соединен с выходом блока вертикальной развертки "„11.

Данное устройство принято за прототип.

Недостатком прототипа является невозможность с его помощью измерять две компоненты вектора скорости и напряжения Рейнольдса.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей известного устройства sa счет измерения двух составляющих вектора .скорости и напряжений Рейнольдса °

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее оптически согласованные лазер, фокусирующую линзу, первую приемную линзу, электронно-оптический преобразователь с блоком формирования затворных импульсов и горизонтальной развертки и блоком вертикальной развертки, фотоэлектронный умножитель, подключенный выходом к первому входу блока запуска, второй вход которого подключен к выходу блока вертикальной развертки, а выход к блоку формирования затворных импульсов и горизонтальной развертки, при этом на выходе электронно-оптического преобразователя установлен фоторегистратор, синхронизирующий вход которого соединен с выходом блока вертикальной развертки, введены последовательно расположенные

116836

50

55 . тремя точечными отверстиями. Три

26

45 между первой приемной линзой и электронно-оптическим преобразователем фотомаска с тремя дифракционными решетками, расположенными в одной плоскости под углом друг к другу, вторая приемная линза, три плоскопараллельные пластинки, диафрагма с тремя точечными отверстиями и третья приемная линза, а также блок преобразования временных интервалов в цифровую форму, запоминающее устройство и блок представления результатов, при этом фоторегистратор выполнен в виде системы телевизионного считывания, подключенной выходом через последовательна соединенные блок преобразования временных интервалов в цифровую форму и запоминающее устройство с блоком представления результатов.

Схема анемометра представлена на чертеже, Оптический анемометр содержит лазер 1, передающую линзу 2, устройство выделения и регистрации рассеянного излучения, которое содержит первую {основную входную) приемную линзу 3, диафрагму с тремя дифракционными решетками 4, вторую приемную линзу 5, три стеклянные плоскопараллельные пластинки 6, диафрагму 7 с тремя точечными отверстиями, третью приемную линзу 8, электронно-оптический преобразователь (ЭОП} 9, вспомогательную приемную линзу 10; ФЭУ 11 блок 12 телевизионного считывания, блок 13 выделения и преобразования временных интервалов в цифровую форму, запоминающее устройство 14, блок 15 цифровой обработки и представления результатов, а также блок 16 формирования запускающих импульсов, блок

17 формирования импульсов затвора и горизонтальной развертки, блок

18 формирования импульсов времени регистрации и вертикальной развертки 18.

При этом диафрагма с тремя дифракционными решетками 4 расположена между основной входной приемной линзой 3 и дополнительной приемной линзой 5, в фокальной плоскости которой расположена диафрагма 7 с плоскопараллельные стеклянные пластинки 6 расположены после дополнительной приемной линзы 5, а

3 11 выходная приемная линза 8 расположе. на между диафрагмой 7 с точечными отверстиями и входом ЭОП 9. Выход

ЭОП 9 соединен оптически с блоком 12 телевизионного считывания 12, электрический выход которого соединен через блок 13 выделения и преобразования временных интервалов в цифровую форму и запоминающее устройство 14 с блоком 15 цифровой обработки и представления результатбв измерений. Вспомогательная приемная линза 10 расположена под некоторьм углом относительно направления основного лазерного луча, она оптически связана с входом

ФЭУ 11, электрический выход которого соединен с блоком 16 формирования запускающих импульсов, гыход которога соединен с входом блока 17 формирования импульсов затвора и горизонтальной развертки. Выход блока 17 соединен с затворными и горизонтально-отклоняющими пластинами ЭОП 9. Выходы блока формирования импульсов времени импульсов времени регистрации и вертикальной развертки соединены с вертикальноотклоняющими пластинами ЭОП 9, с блоком 16 формирования запускающих импульсов и блоком 12 телевизионного считывания.

Измеритель работает следующим образом.

Излучение лазера 1 фокусируется передающей линзой 2 в исследуемый поток. Полезный сигнал, собираемый приемкой линзой 3, направляется на диафрагму с тремя дифракционными решетками 4, ориентированными под углом, в данном случае О, 45 и 90 относительно направления потока.

После прохождения дифракционных решеток и фокусировки полезного сигнала дополнительной приемной линзой 5 в ее фокальной плоскости получаются локальные полосы интенсивности от каждой из дифракционных решеток. Пространственное раз" деление полученных сфокусированных дифракционных изображений на каж.дое из трех точечных отверстий диафрагмы 7 осуществляется соответственньм ориентированием стеклянных пластинок 6.

При пролете рассеивающей частицы вблизи фокальной плоскости линзы 3 имеем соответственное перемещение

16836 4 локальных максимумов интенсивности сигнала, которые при этом сканируют, ся через три точечные отверстия диафрагмы 7. Частота Е получаемого сигнала для каждой составляющей скорости определяется с учетом пространственного ориентирования дифракционных решеток:

1 = (U/Ójсоэ М, 10 где 0скорость рассеивающей частицы В угол между направлением скорости и нормалью к дифракпионной решетке; пространственное разделение локальных максимумов интенсивности оптического сигнала в фокальной плоскости линзы 5, определяемое выражением:

20 о с — фокусное расстояние линзы 5

И, — длина волны лазерного излучения

d — пространственный период дифракционной решетки. где

Таким образом, частоты модуляции, каждого из полученных трех сигналов соответствуют составляющим скоростей, измеренным под углом 0 °

35 45 и 90 по направлению к потоку в одной плоскости. Далее полезные сигналы с помощью выходной приемной линзы 8 проектируются в виде точечных изображений с модуляцией интен40 сивности на входной фотокатод

ЗОП 9.

Часть полезного сигнала под углом О относительно направления лазерного луча собирается вспомога45 тельной приемной линзой 10 и поступает на ФЭУ 11, сигналы которого формируются блоком 16 и передним фронтом запускают блок 17, формирующий затворные импульсы и горизон5О тально-отклоняющие импульсы ЭОП 9., Длительность времени регистрации задается блоком 18,импульсы которо.го разрешают прохождение импульсов блока 1б,запускающих формирователь

55 17. Блок 18 задает также длительность времени считывания растра

ЭОП 9 и формирует импульсы вертикальной развертки ЭОП 9.

1116836

Составитель

Техред Т.Дубинчак корректор Е. Сирохман

Редактор П. Горькова

Заказ 2883/5

Тираж 897 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,4

Таким образом, при пролете рассеивающей микрочастицы через выбираемый измерительный объем происходит срабатывание ЭОП от сигналов

ФЭУ в начальный момент ее пролета.

На вйходном экране ЭОП одновременно регистрируются составляющие скорости 0„, U и U+ e расположенные в одной плоскости, которые представляются в виде растровой записи строк с частотой яркостной модуляции, определяемой выражением (2).

Далее сигналы ЭОП 9 через блок 12 телевизионного считывания поступают на блок i3 выделения и преобразования временных интервалов в цифровую форму, а затем на запоминающее

5 устройство 14 ° Блок 15 цифровой обработки и представления результатов измерений служит для определения распределений двух ортогональных составляющих скоростей, а также для представления напряжений Рейнольдса, что расширяет функциональные возможности анемометра по сравнению с прототипом.